1.一种桥墩-磁流变支座隔振系统的半主动预测控制方法,所述桥墩-磁流变支座隔振系统主要由桥面、磁流变支座、桥墩、地基、冲击载荷发生器、位移传感器、加速度传感器及控制器组成;其特征在于:所述控制器基于半主动预测控制算法,采用滚动优化的思想实时改变控制电流,通过电流改变磁场来调节磁流变支座的参数,使支座产生的控制力不断逼近最优控制力,所述半主动预测控制算法具体包括以下步骤:S1建立桥墩-支座系统在冲击载荷作用下的振动方程;根据传感器采集到的梁体位移、速度、加速度信息,同时考虑系统中所存在的滞后时间,将振动方程写入状态空间,建立冲击载荷作用下隔振系统的状态方程;
S2将冲击载荷作用下桥墩-支座隔振系统的状态方程进行离散化;
S3建立桥墩-支座隔振系统半主动预测模型;
S4选择桥墩-磁流变支座隔振预测控制系统的性能指标;
S5求桥梁隔振系统的最优控制作用力。
2.根据权利要求1所述的一种桥墩-磁流变支座隔振系统的半主动预测控制方法,其特征在于:步骤S1中,所述振动方程为: 其中,M,C和K分别为桥梁结构n×n的质量、阻尼、刚度矩阵;t为振动持续时间; 和x(t)分别为系统相对于地面的加速度、速度和位移反应向量;u(t)为r维控制力向量; 为地震地面运动加速度向量,F=-MI1,I1为单位列向量;E为n×r维支座位置指示矩阵。
3.根据权利要求2所述的一种桥墩-磁流变支座隔振系统的半主动预测控制方法,其特征在于:在步骤S1中,隔振系统的状态方程为: 其中z(t)为2n维状态向量;A为2n×2n系统矩阵;B为2n×r维磁流变支座位置指示矩阵;W为表示振动冲击作用的2n维向量,它们分别为:其中 表示状态导
数向量,In为n维单位矩阵。
4.根据权利要求1所述的一种桥墩-磁流变支座隔振系统的半主动预测控制方法,其特征在于:所述步骤S2具体为:通过设置采样周期Δt,当前采样时刻t=k,系统滞后时间τd=dΔt,(d=1,2...),控制力向量u(t),及地震地面运动加速度向量 将冲击载荷作用下桥墩-支座隔振系统的状态方程进行离散化: 其中G=eAΔt为2n×2n维状态矩阵;H=A-1(eAΔt-I)B为2n×r维控制矩阵;W1=A-1(eAΔt-I)W为2n维振动作用向量; 地震地面运动加速度离散向量,z(k)为状态离散向量,z(k+1)为状态导数离散向量,I表示单位列向量,u(k-d)为d步滞后控制力向量。
5.根据权利要求1所述的一种桥墩-磁流变支座隔振系统的半主动预测控制方法,其特征在于:步骤S3中,桥墩-支座隔振系统半主动预测模型为:其中:j为采样步数,k为当前采样时刻,l表示预测长度,d表示滞后时间步数,表示k时刻预测的k+j时刻的状态, 表示k时刻预测的k+j-1时刻的状态,表示k时刻的预测控制序列,u(k-j)表示每一时刻更新后的控制序列。
6.根据权利要求1所述的一种桥墩-磁流变支座隔振系统的半主动预测控制方法,其特征在于:性能指标为式中Q和R分别为2n×2n维和r×r维权矩阵,假定预测时段内支座的控制力相等,即将此方程代入步骤S3中半主动预测模型的最后一个方程,得出
其中:
u(k-1)T表示前一时刻控制序列的转置矩阵;H1和H2均表示预测模型转换矩阵;G1表示d+l时刻的状态矩阵。
7.根据权利要求1所述的一种桥墩-磁流变支座隔振系统的半主动预测控制方法,其特征在于:最优控制作用力u(k)为,u(k)=u(k|k)=-D1z(k)-D2Uk+D3zr(k+d+l),式中:D1=D3G1D2=D3H1D3=(H2TQH2+R)-1H2TQ,其中D1和D3均为状态反馈增益矩阵;D2乘以Uk对整个桥墩-支座隔振控制系统起到时滞补偿的作用。